CN107903916A - 胆甾相液晶组合物在紫外光检测中的应用和紫外光检测器 - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
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-
- G—PHYSICS
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- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
Abstract
本发明公开了一种胆甾相液晶组合物在紫外光检测中的应用和紫外光检测器，该胆甾相液晶组合物包括：手性光敏分子和向列相液晶；以胆甾相液晶组合物总重量为100％计，手性光敏分子的含量为0.5‑10wt％，所述向列相液晶的含量为90‑99.5wt％；手性光敏分子结构如通式I所示；其中，M1、M2分别选自通式II、通式III、通式IV或通式V所示的结构基团；其中R1、R2相同或不同，各自独立地选自氢原子、C1～C6的烷基或C1～C5的烷氧基，n为1～6的整数；本发明的微胶囊液晶膜在紫外光下可发生不可逆的颜色变化，可直观的对UV光辐照强度进行监测。
Description
技术领域
本发明属于UV光快速响应的薄膜材料领域，更具体地，涉及一种胆甾相液晶组合物在紫外光检测中的应用和紫外光检测器。
背景技术
胆甾相液晶周期性的螺旋结构，使其具有独特而优异的光学性能，如圆二色性、旋光性和选择反射性等。胆甾相液晶的选择性反射遵循布拉格反射公式λ＝n×p，其中，λ为胆甾相液晶选择性反射光的中心波长，n为液晶主体材料的平均折射率，p为胆甾相液晶的螺距。由此，通过改变胆甾相液晶的螺距，就能改变其选择性反射光的波长，于可见光来说，即改变反射光的颜色。
对于胆甾相液晶体系，手性添加剂是诱导向列相液晶形成胆甾相液晶的重要组分。通过添加对环境敏感的手性添加剂来诱导胆甾相液晶的螺距的变化，是相关研究领域的常用方法，因而对于手性添加剂的研究就成为了国内外研究者关注的重点。手性添加剂一般是接受环境因素的变化如光、热等，使其发生分子异构化，从而改变了本体液晶的螺距。其中，性能优异的手性光敏分子能根据不同波段的光源做出适当的反应，最终使胆甾相液晶体现出光响应性。
微胶囊技术最早由美国NCR(National Cash Register)公司于1954年成功地应用于无碳复写纸的生产。微胶囊技术的重大突破是使物质能产生物态变化，既可包封不稳定的化合物，又可包封已固化的挥发性液体或气体。所以微胶囊技术受到广泛关注，可应用于信息记医药、农药、香料、涂料、密封胶、化妆品等领域。微胶囊具有保护物质免受环境影响，延长存储期等功能。能将液晶材料微胶囊化可以解决液晶材料本身流动性、不稳定性、易污染等问题，能显著地提高液晶材料的耐久性并延长其使用寿命，且能得到柔性的薄膜，从而大大地扩大了其应用范围。
因此，有必要提供一种胆甾相液晶微胶囊，进而获得一种检测UV光辐射强度的液晶薄膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种胆甾相液晶微胶囊，进而提供一种能将UV光强度用连续的颜色变化来显示并进行快速灵敏检测的液晶薄膜。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种胆甾相液晶组合物在紫外光检测中的应用，该胆甾相液晶组合物包括：手性光敏分子和向列相液晶；以胆甾相液晶组合物总重量为100％计，所述手性光敏分子的含量为0.5-10wt％，所述向列相液晶的含量为90-99.5wt％；其中，
所述手性光敏分子结构如通式I所示；其中，M1、M2分别选自通式II、通式III、通式IV或通式V所示的结构基团；其中R1、R2相同或不同，各自独立地选自氢原子、C1～C6的烷基或C1～C5的烷氧基，n为1～6的整数；
本发明的第二方面提供一种紫外光检测器，该紫外光检测器为微胶囊液晶膜，制备所述微胶囊液晶膜的液晶微胶囊通过界面聚合法或微流体乳化法制备得到，并将上述胆甾相液晶组合物包入微胶囊中。
本发明的技术方案具有如下优点：
本发明提供了一类新型的手性光敏分子，其螺旋扭曲力在紫外光下可发生十分迅速的不可逆变化；
本发明的微胶囊液晶膜在紫外光下可发生不可逆的颜色变化，从而可以直观的对UV光辐照强度进行监测；
本发明的微胶囊液晶膜能将紫外(UV)光强度用连续的颜色变化来显示，是一种对紫外光进行快速灵敏检测的薄膜型UV指示器。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明的一个实施例的胆甾相液晶微胶囊的实物电镜照片。
图2示出了根据本发明的一个实施例的微胶囊液晶膜的扫描电镜照片。
图3示出了根据本发明的一个实施例的微胶囊液晶膜在功率为1mW的波长为365nm的UV灯照射下的反射波段随时间迁移的示意图。其中，图3中从左至右的曲线分别代表0s、1s、5s、10s、15s、20s、25s、30s的下的迁移曲线。
图4示出了根据本发明的一个实施例的微胶囊液晶膜在不同功率的波长为365nm的UV灯照射下的反射波段随时间迁移的示意图。其中，图4中从右至左的曲线分别代表强度为1mW·cm-2、5mW·cm-2、10mW·cm-2、15mW·cm-2、20mW·cm-2的下的波长-时间迁移曲线。
图5a、图5b和图5c分别示出了根据本发明的一个实施例的微胶囊液晶膜在阴天、多云和晴天阳光照射15s时薄膜的反射颜色图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的微胶囊液晶膜在阴天、多云和晴天阳光照射15s时薄膜的反射波段示意图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的第一方面提供一种胆甾相液晶组合物在紫外光检测中的应用，该胆甾相液晶组合物包括：手性光敏分子和向列相液晶；以胆甾相液晶组合物总重量为100％计，所述手性光敏分子的含量为0.5-10wt％，所述向列相液晶的含量为90-99.5wt％；其中，
所述手性光敏分子结构如通式I所示；其中，M1、M2分别选自通式II、通式III、通式IV或通式V所示的结构基团；其中R1、R2相同或不同，各自独立地选自氢原子、C1～C6的烷基或C1～C5的烷氧基，n为1～6的整数；
根据本发明提供的胆甾相液晶组合物，优选地，所述手性光敏分子的含量为1～8wt％，进一步优选为4～6wt％。
根据本发明，优选地，所述手性光敏分子选自如下通式a-1、a-2、a-3、a-4、a-5、a-6、b-1、b-2、b-3所示结构的手性化合物中的一种或多种；其中R1、R2、R3、R4相同或不同，各自独立地选自氢原子、C1～C6的烷基或C1～C5的烷氧基，n为1～6的整数。
根据本发明，优选地，所述手性光敏分子的制备方法选自第一制备方法、第二制备方法或第三制备方法；
其中，所述第一制备方法包括如下步骤：
(1)在第一有机溶剂存在下，将化合物Ⅰ、化合物Ⅱ与无水碳酸盐进行接触反应，得到化合物IV；
(2)在第二有机溶剂存在下，将所述化合物IV、正丁基锂与二甲基甲酰胺进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物V；
(3)在第三有机溶剂和第一催化剂的存在下，将所述化合物III与氰基乙酸钠进行接触反应，得到化合物VI；
(4)在第四有机溶剂存在下，将所述化合物V、叔丁醇钾与化合物VI进行接触反应，制得所述手性光敏分子；
所述第二制备方法包括如下步骤：
(1)在第五有机溶剂存在下，将所述化合物III、正丁基锂与亚甲基甲酰胺进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物Ⅶ；
(2)在第三有机溶剂和第一催化剂的存在下，将所述化合物III、氰基乙酸钠进行接触反应，得到化合物VI；
(3)在第六有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅶ、叔丁醇钾与化合物VI进行接触反应，制得所述手性光敏分子；
所述第三制备方法包括如下步骤：
(1)在第七有机溶剂存在下，将化合物Ⅰ、化合物Ⅷ和有机碱进行接触反应，得到化合物Ⅸ；
(2)在第八有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅸ、正丁基锂与二甲基甲酰胺进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物Ⅹ；
(3)在第八有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅸ、正丁基锂与碘进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物Ⅺ；
(4)在第九有机溶剂和第二催化剂的存在下，将所述化合物Ⅺ与氰基乙酸钠进行接触反应，得到化合物Ⅻ；
(5)在第十有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅹ、叔丁醇钾与化合物Ⅻ进行接触反应，制得所述手性光敏分子；
其中，所述化合物Ⅰ的结构式为：
所述化合物II的结构式为：
式中，n为1-6的整数，X选自溴原子或碘原子；所述化合物III的结构式为
式中，n为1-6的整数；
所述化合物IV的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物V的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物VI的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物VII的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物Ⅷ的结构式为：
式中，Rn＝(CH)1-6；
所述化合物Ⅸ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数；
所述化合物Ⅹ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数；
所述化合物Ⅺ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数；
所述化合物Ⅻ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数。
作为优选方案，化合物III可以通过本领域常规方法得到。
根据本发明，优选地，所述第一制备方法中各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：化合物Ⅰ、化合物Ⅱ和无水碳酸盐的摩尔比为1:3-10:3-10，所述第一有机溶剂为极性有机溶剂；所述第一有机溶剂优选为二甲基甲酰胺、乙腈、四氢呋喃或丙酮，进一步优选为丙酮，反应温度为40-60℃，反应过程中可进行搅拌，搅拌时间为20-30小时；
步骤(2)包括：所述化合物IV和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物IV与二甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-70～10℃，反应时间为2-4小时；所述化合物IV与正丁基锂在反应过程中可进行搅拌，搅拌时间为20-60min；所述化合物IV、正丁基锂与二甲基甲酰胺反应结束后可通过水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化得到化合物V；
步骤(3)包括：所述化合物III和氰基乙酸钠的摩尔比1:1.1-1.5，反应温度为140～180℃，反应时间为6-12小时，所述第一催化剂为有机磷配体；所述催化剂优选为2-双环己基膦-2',6'-二甲氧基联苯(S-Phos)、2-二环己基磷-2,4,6-三异丙基联苯(X-Phos)、三环己基膦(P(Cy)3)、三叔丁基膦(P(tBu)3)、2-二环己膦基-2'-(N,N-二甲胺)-联苯(DavePhos)、2-二环己基磷-2',6'-二异丙氧基-1,1'-联苯(Ru-Phos)或2-二-叔丁膦基-2',4',6'-三异丙基联苯(tBuX-Phos)，进一步优选为2-二环己基磷-2,4,6-三异丙基联苯(X-Phos)，所述第三有机溶剂优选为1,3,5-三甲基苯、邻二甲苯或间二甲苯，进一步优选为邻二甲苯；
步骤(4)包括：所述化合物V、叔丁醇钾和化合物VI的摩尔比为1:0.5-1:1-1.5；所述第四有机溶剂选自乙醚、二氧六环或四氢呋喃，进一步优选为四氢呋喃，反应温度为室温，反应时间为2-6小时。
所述第二制备方法中各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：所述化合物III和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物III和亚甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-70～10℃，反应时间为2-4小时；所述第五有机溶剂选自乙醚、二氧六环或四氢呋喃，进一步优选为四氢呋喃；所述化合物Ⅲ与正丁基锂在反应过程中可进行搅拌，搅拌时间为20-60min；所述化合物III、正丁基锂与亚甲基甲酰胺反应结束后可通过水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化得到化合物Ⅶ；
步骤(2)包括：所述化合物III和氰基乙酸钠的摩尔比1:1.1-1.5，反应温度为140～180℃，反应时间为6-12小时，所述第一催化剂为有机磷配体；所述催化剂优选为2-双环己基膦-2',6'-二甲氧基联苯(S-Phos)、2-二环己基磷-2,4,6-三异丙基联苯(X-Phos)、三环己基膦(P(Cy)3)、三叔丁基膦(P(tBu)3)、2-二环己膦基-2'-(N,N-二甲胺)-联苯(DavePhos)、2-二环己基磷-2',6'-二异丙氧基-1,1'-联苯(Ru-Phos)或2-二-叔丁膦基-2',4',6'-三异丙基联苯(tBuX-Phos)，进一步优选为2-二环己基磷-2,4,6-三异丙基联苯(X-Phos)，所述第三有机溶剂优选为1,3,5-三甲基苯、邻二甲苯或间二甲苯，进一步优选为邻二甲苯；
步骤(3)包括：所述化合物Ⅶ、叔丁醇钾和化合物VI的摩尔比为1:0.5-1:1-1.2；反应温度为室温，反应时间为2-6小时，第六有机溶剂选自乙醚、二氧六环或四氢呋喃，进一步优选为四氢呋喃；
所述第三制备方法中各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：所述化合物Ⅰ、化合物Ⅷ和有机碱的摩尔比为1：2：1-2，在-10-0℃下混合，然后在室温下反应5-6h，所述有机碱为三乙胺和/或乙二胺；所述第七有机溶剂优选为乙腈；
步骤(2)包括：所述化合物Ⅸ和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物Ⅸ与二甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-65～-80℃，反应时间为2-4小时；所述第八有机溶剂优选为THF；
步骤(3)包括：所述化合物Ⅸ和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物Ⅸ与碘的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-65～-80℃，反应时间为2-4小时；所述第八有机溶剂优选为THF；
步骤(4)包括：所述化合物Ⅺ和氰基乙酸钠的摩尔比1:1.1-1.5，反应温度为140～180℃，反应时间为6-12小时；所述第九有机溶剂为邻二甲苯或均三甲苯；
步骤(5)包括：所述化合物Ⅹ、叔丁醇钾和化合物Ⅻ的摩尔比为1:0.5-1:1-1.5。
根据本发明，优选地，所述向列相液晶选自slc1717、E7、E44、E48、slc7011和slc1011中的一种或多种。
本发明的胆甾相液晶组合物可以用本领域任何适合本发明的常规方法制得，优选为在有机溶剂存在下，将所述手性光敏分子与向列相液晶混合，得到所述胆甾相液晶组合物。优选地，所述有机溶剂选自丙酮、甲醇、乙醇、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或多种。
本发明的第二方面提供一种紫外光检测器，该紫外光检测器为微胶囊液晶膜，制备所述微胶囊液晶膜的液晶微胶囊通过界面聚合法或微流体乳化法制备得到，并将上述胆甾相液晶组合物包入微胶囊中。
根据本发明，优选地，所述界面聚合法包括如下步骤：
(1)将所述的手性光敏分子与向列相液晶进行混合添加样品，然后加入第七有机溶剂溶解，得到液晶混合物；
(2)在所述液晶混合物中加入异氰酸酯单体，然后加入乳化剂以及去离子水，进行乳化，形成水包油结构；
(3)向乳化完毕的产物中滴入第二催化剂，加热、搅拌制得核壳结构微胶囊；
所述微流体乳化法包括如下步骤：
(1)将两个锥形毛细管组装在一个方形毛细管中，方形毛细管一边为异氰酸酯单体的油相，一边是聚乙烯醇的水溶液，两个锥形毛细管分别位于两相中，并相交于油水相界面；
(2)将所述的手性光敏分子与向列相液晶进行混合，然后加入第七有机溶剂将其溶解、搅拌制得液晶混合物，将所述液晶混合物注入油相一边的毛细管中，控制挤出速度，使液晶混合物呈微球状挤出，包裹上外层的异氰酸酯单体后进入第二水溶性高分子的水溶液中形成水包油的胆甾相液晶微滴；然后热固化形成聚合物包裹的核壳结构微胶囊。
作为优选方案，所述异氰酸酯单体选自异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的至少一种，进一步优选为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)；
根据本发明，优选地，所述界面聚合法中，各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：以所述手性光敏分子与向列相液晶的混合物的总重量为100％计，所述手性光敏分子的含量为0.5-10wt％，所述向列相液晶的含量为90-99.5wt％；所述第七有机溶剂为二氯甲烷或氯仿；
步骤(2)包括：所述异氰酸酯单体与所述向列相液晶的重量比为1：3-5，所述乳化剂为聚乙烯醇或聚乙二醇，乳化时间为5-15min，所述乳化剂的添加量为2-8wt％；
步骤(3)包括：所述第二催化剂的添加量为0.04-0.06ml，所述第二催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述加热为30-50℃下水浴加热，反应时间为4-8小时；
所述微流体乳化法中，各步骤的反应条件包括如下：
步骤(2)包括：以所述手性光敏分子与向列相液晶的混合物的总重量为100％计，所述手性光敏分子的含量为0.5-10wt％，所述向列相液晶的含量为90-99.5wt％；所述第七有机溶剂为二氯甲烷或氯仿，所述第二水溶性高分子为聚乙烯醇、水性聚氨酯，聚乙二醇、壳聚糖和明胶中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述微胶囊液晶膜的制备方法为：向所述核壳结构微胶囊中加入第一水溶性高分子，得到以第一水溶性高分子做为成膜剂的水溶液；然后用所述水溶液进行涂布，得到单层或多层膜片。
作为优选方案，可以使用刮涂机进行涂布。
根据本发明，优选地，所述第一水溶性高分子为聚乙烯醇、水性聚氨酯，聚乙二醇、壳聚糖和明胶中的至少一种。
以下通过实施例进一步说明本发明：
1、手性光敏分子的制备：
实施例1
(1)将2.8g化合物Ⅰ、8.01g二碘甲烷、20.0g无水碳酸钾混合加入20ml丙酮中，60℃下搅拌24小时，得到2,2’-亚甲二氧基-1,1′-联萘；
(2)在20ml四氢呋喃中，将1g 2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘、3ml 2.4M正丁基锂正己烷溶液混合，0℃下搅拌30分钟，然后加入0.3ml的二甲基甲酰胺(DMF)并搅拌3小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化得到3-甲酰基-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘；
(3)在10ml邻二甲苯中，加入0.75g 6-溴-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘、0.32g氰基乙酸钠、0.146g催化剂Pd2Cl2(allyl)2、0.0694g有机磷配体，140℃下搅拌反应6小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化得到6-乙腈-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘；
(4)在5ml四氢呋喃中，将0.16g 3-甲酰基-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘、0.16g6-乙腈-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘与0.01g叔丁醇钾混合，室温下反应4小时，蒸除溶剂后通过柱层析纯化，即得到通式a-1表示的化合物1，其中n＝1，所述化合物1的具体结构式见表1。
实施例2
(1)在20ml四氢呋喃中，将0.754g 6-溴-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘、2ml 2.4M正丁基锂正己烷溶液混合，-78℃下搅拌30分钟，然后加入0.5ml的亚甲基甲酰胺并搅拌3小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化得到6-甲酰基-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘；
(2)在10ml邻二甲苯中，加入0.75g 6-溴-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘、0.32g氰基乙酸钠、0.146gPd2Cl2(allyl)2、0.0694g有机磷配体，140℃下搅拌反应6小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化得到6-乙腈-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘；
(3)在5ml四氢呋喃中，将0.16g 6-甲酰基-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘、0.16g6-乙腈-2,2′-亚甲二氧基-1,1′-联萘与0.01g叔丁醇钾混合，室温下反应4小时，蒸除溶剂后通过柱层析纯化，即得到通式a-2表示的化合物2，其中n＝1，所述化合物2的具体结构式见表1。
实施例3
(1)在50mL乙腈中，加入2.86g化合物Ⅰ和3.03g三乙胺，在0℃以下滴加0.78g乙酰氯，然后室温下搅拌反应5小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化即得到2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘。；
(2)在10mlTHF中，加入0.628g2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘和2ml 2.4M正丁基锂正己烷溶液混合，-78℃下搅拌30分钟，然后加入0.5ml的二甲基甲酰胺(DMF)并搅拌3小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化即得到3-甲酰基-2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘；
(3)在10mlTHF中，加入0.628g2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘和2ml 2.4M正丁基锂正己烷溶液混合，-78℃下搅拌30分钟，然后将0.254g碘溶于的四氢呋喃溶液中加入，并搅拌3小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化即得到3-碘-2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘；
(4)在10ml邻二甲苯中，加入0.88g3-碘-2,2'-二甲氧基-1,1'-联二萘、0.32g氰基乙酸钠、0.146gPd2Cl2(allyl)2、0.0694g有机磷配体，140℃下搅拌反应6小时，水洗，分液，蒸除有机相溶剂后通过柱层析纯化得到3-乙腈-2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘；
(5)在5ml四氢呋喃中，将0.16g 3-甲酰基-2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘、0.16g 3-乙腈-2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘与0.01g叔丁醇钾混合，室温下反应4小时，蒸除溶剂后通过柱层析纯化，既得到通式a-6表示的化合物3，其中，R1、R2、R3和R4均为CH3，所述化合物3的具体结构式见表1。
表1
2、微胶囊液晶膜的制备：
实施例1
(1)0.475g SLC1717与0.025g手性光敏分子(表1中的化合物1)共计0.5g原料进行混合，然后加入3.3g二氯甲烷对其充分溶解，得到液晶混合物；在液晶混合物中加入0.167gIPDI，加入乳化剂PVA1788(8wt％)5g以及去离子水11ml，使用搅拌砂磨分散多用机进行乳化，转速5000r/min，乳化时间10min，结果为形成水包油结构；
(2)将乳化完毕的产物放入三口烧瓶中，滴入催化DBTDL 0.05ml后40℃下水溶液水浴加热，一定搅拌速度下搅拌反应6小时，即得到胆甾相液晶微胶囊；
(3)向制备的湿胆甾相液晶微胶囊溶液中加入浓度为15wt％的PVA1788水溶液，室温超声1h使其混合均匀，用刮涂法涂覆在含亲水层的玻璃基板上，80℃加热除去水分成膜，获得微胶囊液晶膜。
实施例2
(1)0.475g SLC1717与0.025g手性光敏分子(表1中的化合物2)共计0.5g原料进行混合，然后加入3.3g二氯甲烷对其充分溶解，得到液晶混合物；在液晶混合物加入0.167gIPDI，加入乳化剂PEG 5g以及去离子水11ml，使用搅拌砂磨分散多用机进行乳化，转速5000r/min，乳化时间10min，结果为形成水包油结构；
(2)将乳化完毕的产物放入三口烧瓶中，滴入催化剂DBTDL0.05ml后40℃下水溶液水浴加热，一定搅拌速度下搅拌反应6小时，即得到胆甾相液晶微胶囊；
(3)向制备的湿胆甾相液晶微胶囊溶液中加入浓度为10wt％的PEG水溶液，室温超声1h使其混合均匀，用刮涂法涂覆在含亲水层的玻璃基板上，80℃加热除去水分成膜，获得微胶囊液晶膜。
实施例3
(1)将两个锥形毛细管组装在一个方形毛细管中，方形毛细管一边为IPDI的油相，一边是PVA的水溶液，两个锥形毛细管分别位于两相中，并相交于油水相界面；
(2)将手性光敏分子(表1中的化合物1)与SCL1717按照手性光敏分子质量分数在5-15wt％的比例混合，然后加入少量的二氯甲烷溶解，随后将液晶加入小烧杯或西林瓶，磁力搅拌制得常温下呈胆甾相的液晶混合物，将液晶混合物注入油相一边的毛细管中，控制挤出速度，使液晶混合物呈微球状挤出，包裹上外层的IPDI后进入PVA水溶液中形成水包油的胆甾相液晶微滴；然后热固化形成聚合物包裹的核壳结构微胶囊，即得到胆甾相液晶微胶囊；
(3)向所述核壳结构微胶囊中加入浓度为15wt％的PVA1788水溶液，室温超声1h使其混合均匀，用刮涂法涂覆在含亲水层的玻璃基板上，80℃加热除去水分成膜，获得微胶囊液晶膜。
实施例4
(1)将两个锥形毛细管组装在一个方形毛细管中，方形毛细管一边为IPDI的油相，一边是PEG的水溶液，两个锥形毛细管分别位于两相中，并相交于油水相界面；
(2)将手性光敏分子(表1中的化合物2)与SCL1717按照手性光敏分子质量分数在5-15wt％的比例混合，然后加入少量的二氯甲烷溶解，随后将液晶加入小烧杯或西林瓶，磁力搅拌制得常温下呈胆甾相的液晶混合物，将液晶混合物注入油相一边的毛细管中，控制挤出速度，使液晶混合物呈微球状挤出，包裹上外层的IPDI后进入PEG水溶液中形成水包油的胆甾相液晶微滴；然后热固化形成聚合物包裹的核壳结构微胶囊，即得到胆甾相液晶微胶囊；
(3)向所述胆甾相液晶微胶囊中加入浓度为10wt％的PEG水溶液，室温超声1h使其混合均匀，用刮涂法涂覆在含亲水层的玻璃基板上，80℃加热除去水分成膜，获得微胶囊液晶膜。
测试例1
对实施例3制备的胆甾相液晶微胶囊和实施例3制备的微胶囊液晶膜分别进行电镜扫描。如图1所示，可看到明显的壳核结构；如图2所示，可在薄膜表面看到微胶囊的聚集态。
测试例2
测试实施例2制备的微胶囊液晶膜在功率为1mW的波长为365nm的UV灯照射下的反射率。
如图3所示，本发明的微胶囊液晶膜在功率为1mW的波长为365nm的UV灯照射下，反射波段随时间迁移，反射波长随UV照射时间增加逐渐从可见光蓝色区域移动到红色区域。
测试例3
测试实施例3制备的微胶囊液晶膜在不同功率的波长为365nm的UV灯照射下的反射率。
如图4所示，本发明的微胶囊液晶膜在不同功率的波长为365nmUV灯照射下波段随时间迁移，可以很明显的看出功率越高，波长迁移得越迅速，在20mW时在1s内就完成了转变。
测试例4
在阴天、多云和晴天三种不同的天气，将实施例3制备的微胶囊液晶膜放置在阳光下15s，测试薄膜的反射波段。
如图5a-图6所示，实施例3制备的微胶囊液晶膜呈现出三种不同的颜色，三种不同的颜色可以明显地区分不同天气紫外线的强度，其中，阴天时反射波段在530nm附近，多云时反射波段在625nm附近，晴天时反射波段在670nm附近。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种胆甾相液晶组合物在紫外光检测中的应用，其特征在于，该胆甾相液晶组合物包括：手性光敏分子和向列相液晶；以胆甾相液晶组合物总重量为100％计，所述手性光敏分子的含量为0.5-10wt％，所述向列相液晶的含量为90-99.5wt％；其中，
所述手性光敏分子结构如通式I所示；其中，M1、M2分别选自通式II、通式III、通式IV或通式V所示的结构基团；其中R1、R2相同或不同，各自独立地选自氢原子、C1～C6的烷基或C1～C5的烷氧基，n为1～6的整数；
2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述手性光敏分子选自如下通式a-1、a-2、a-3、a-4、a-5、a-6、b-1、b-2、b-3所示结构的手性化合物中的一种或多种；其中R1、R2、R3、R4相同或不同，各自独立地选自氢原子、C1～C6的烷基或C1～C5的烷氧基，n为1～6的整数。
3.一种权利要求1或2所述的应用，其中，所述手性光敏分子的制备方法选自第一制备方法、第二制备方法或第三制备方法；
其中，所述第一制备方法包括如下步骤：
(1)在第一有机溶剂存在下，将化合物Ⅰ、化合物Ⅱ与无水碳酸盐进行接触反应，得到化合物IV；
(2)在第二有机溶剂存在下，将所述化合物IV、正丁基锂与二甲基甲酰胺进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物V；
(3)在第三有机溶剂和第一催化剂的存在下，将所述化合物III与氰基乙酸钠进行接触反应，得到化合物VI；
(4)在第四有机溶剂存在下，将所述化合物V、叔丁醇钾与化合物VI进行接触反应，制得所述手性光敏分子；
所述第二制备方法包括如下步骤：
(1)在第五有机溶剂存在下，将所述化合物III、正丁基锂与亚甲基甲酰胺进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物Ⅶ；
(2)在第三有机溶剂和第一催化剂的存在下，将所述化合物III、氰基乙酸钠进行接触反应，得到化合物VI；
(3)在第六有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅶ、叔丁醇钾与化合物VI进行接触反应，制得所述手性光敏分子；
所述第三制备方法包括如下步骤：
(1)在第七有机溶剂存在下，将化合物Ⅰ、化合物Ⅷ和有机碱进行接触反应，得到化合物Ⅸ；
(2)在第八有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅸ、正丁基锂与二甲基甲酰胺进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物Ⅹ；
(3)在第八有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅸ、正丁基锂与碘进行接触反应，蒸除溶剂后得到化合物Ⅺ；
(4)在第九有机溶剂和第二催化剂的存在下，将所述化合物Ⅺ与氰基乙酸钠进行接触反应，得到化合物Ⅻ；
(5)在第十有机溶剂存在下，将所述化合物Ⅹ、叔丁醇钾与化合物Ⅻ进行接触反应，制得所述手性光敏分子；
其中，所述化合物Ⅰ的结构式为：
所述化合物II的结构式为：
式中，n为1-6的整数，X选自溴原子或碘原子；
所述化合物III的结构式为
式中，n为1-6的整数；
所述化合物IV的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物V的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物VI的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物VII的结构式为：
式中，n为1-6的整数；
所述化合物Ⅷ的结构式为：
式中，Rn＝(CH)1-6；
所述化合物Ⅸ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数；
所述化合物Ⅹ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数；
所述化合物Ⅺ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数；
所述化合物Ⅻ的结构式为：
式中，R1、R2相同或不同，各自独立地选自C1～C6的烷基，n为1～6的整数。
4.根据权利要求3所述的应用，其中，所述第一制备方法中各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：化合物Ⅰ、化合物Ⅱ和无水碳酸盐的摩尔比为1:3-10:3-10，所述第一有机溶剂为极性有机溶剂；
步骤(2)包括：所述化合物IV和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物IV与二甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-70～10℃，反应时间为2-4小时；
步骤(3)包括：所述化合物III和氰基乙酸钠的摩尔比1:1.1-1.5，反应温度为140～180℃，反应时间为6-12小时，所述第一催化剂为有机磷配体；
步骤(4)包括：所述化合物V、叔丁醇钾和化合物VI的摩尔比为1:0.5-1:1-1.5；
所述第二制备方法中各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：所述化合物III和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物III和亚甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-70～10℃，反应时间为2-4小时；
步骤(2)包括：所述化合物III和氰基乙酸钠的摩尔比1:1.1-1.5，反应温度为140～180℃，反应时间为6-12小时，所述第一催化剂为有机磷配体；
步骤(3)包括：所述化合物Ⅶ、叔丁醇钾和化合物VI的摩尔比为1:0.5-1:1-1.2；
所述第三制备方法中各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：所述化合物Ⅰ、化合物Ⅷ和有机碱的摩尔比为1：2：1-2，反应温度为在-10-0℃下混合，然后在室温下反应5-6h，所述有机碱为三乙胺和/或乙二胺；
步骤(2)包括：所述化合物Ⅸ和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物Ⅸ与二甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-65～-80℃，反应时间为2-4小时；
步骤(3)包括：所述化合物Ⅸ和正丁基锂的摩尔比为1:2-4，所述化合物Ⅸ与碘的摩尔比为1:0.8-2，反应温度为-65～-80℃，反应时间为2-4小时；
步骤(4)包括：所述化合物Ⅺ和氰基乙酸钠的摩尔比1:1.1-1.5，反应温度为140～180℃，反应时间为6-12小时；
步骤(5)包括：所述化合物Ⅹ、叔丁醇钾和化合物Ⅻ的摩尔比为1:0.5-1:1-1.5。
5.根据权利要求1所述的应用，其中，所述向列相液晶选自slc1717、E7、E44、E48、slc7011和slc1011中的一种或多种。
6.一种紫外光检测器，其特征在于，该紫外光检测器为微胶囊液晶膜，制备所述微胶囊液晶膜的液晶微胶囊通过界面聚合法或微流体乳化法制备得到，并将如权利要求1所述的胆甾相液晶组合物包入微胶囊中。
7.根据权利要求6所述的紫外光检测器，其中，
所述界面聚合法包括如下步骤：
(1)将所述的手性光敏分子与向列相液晶进行混合添加样品，然后加入第七有机溶剂溶解，得到液晶混合物；
(2)在所述液晶混合物中加入异氰酸酯单体，然后加入乳化剂以及去离子水，进行乳化，形成水包油结构；
(3)向乳化完毕的产物中滴入第二催化剂，加热、搅拌制得核壳结构微胶囊；
所述微流体乳化法包括如下步骤：
(1)将两个锥形毛细管组装在一个方形毛细管中，方形毛细管一边为异氰酸酯单体的油相，一边是聚乙烯醇的水溶液，两个锥形毛细管分别位于两相中，并相交于油水相界面；
(2)将所述的手性光敏分子与向列相液晶进行混合，然后加入第七有机溶剂将其溶解、搅拌制得液晶混合物，将所述液晶混合物注入油相一边的毛细管中，控制挤出速度，使液晶混合物呈微球状挤出，包裹上外层的异氰酸酯单体后进入第二水溶性高分子的水溶液中形成水包油的胆甾相液晶微滴；然后热固化形成聚合物包裹的核壳结构微胶囊。
8.根据权利要求7所述的紫外光检测器，其中，
所述界面聚合法中，各步骤的反应条件包括如下：
步骤(1)包括：以所述手性光敏分子与向列相液晶的混合物的总重量为100％计，所述手性光敏分子的含量为0.5-10wt％，所述向列相液晶的含量为90-99.5wt％；所述第七有机溶剂为二氯甲烷或氯仿；
步骤(2)包括：所述异氰酸酯单体与所述向列相液晶的重量比为1：3-5，所述乳化剂为聚乙烯醇或聚乙二醇，乳化时间为5-15min，所述乳化剂的添加量为2-8wt％；
步骤(3)包括：所述第二催化剂的添加量为0.04-0.06ml，所述第二催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述加热为30-50℃下水浴加热，反应时间为4-8小时；
所述微流体乳化法中，各步骤的反应条件包括如下：
步骤(2)包括：以所述手性光敏分子与向列相液晶的混合物的总重量为100％计，所述手性光敏分子的含量为0.5-10wt％，所述向列相液晶的含量为90-99.5wt％；所述第七有机溶剂为二氯甲烷或氯仿，所述第二水溶性高分子为聚乙烯醇、水性聚氨酯，聚乙二醇、壳聚糖和明胶中的至少一种。
9.根据权利要求7或8所述的紫外光检测器，其中，所述微胶囊液晶膜的制备方法为：向所述核壳结构微胶囊中加入第一水溶性高分子，得到以第一水溶性高分子做为成膜剂的水溶液；然后用所述水溶液进行涂布，得到单层或多层膜片。
10.根据权利要求9所述的紫外光检测器，其中，所述第一水溶性高分子为聚乙烯醇、水性聚氨酯，聚乙二醇、壳聚糖和明胶中的至少一种。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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